船舶吃水差解析

第四章船舶吃水差 船舶吃水差是表示船舶浮态的一个重要指标 它的大小主要取决于船舶的装载情况 吃水差对船舶的快速性 适航性和操纵性具有重大的影响 为保证船舶运输安全 要求船舶具有适度的吃水差和前 后吃水 教学目标及基本要求 了解吃水差对船舶航海性能影响 熟练计算不同装载情况下的吃水差及调整 学会使用吃水差图表 重点 对吃水差的要求 吃水差与首尾吃水的计算和调整方法 难点 吃水差调整的计算 教学内容 学时对船舶吃水差的要求吃水差与首尾吃水的计算与调整2吃水差与首尾吃水计算图表2 第一节吃水差基本概念及要求第二节吃水差及首尾吃水计算第三节吃水差图表及应用 第一节吃水差基本概念及要求 一 吃水差基本概念船舶首吃水与尾吃水相差的数值叫吃水差 Trim 用符号t表示 其计算公式如下 t dF一dA m 式中 dF 首吃水 Foredraft m dA 尾吃水 Aftdraft m 当船舶首 尾吃水相等即吃水差t等于零时 称为平吃水 EvenKeel 当首吃水大于尾吃水时 称作首倾 Trimbybead 俗称拱头 当尾吃水大于首吃水时 称作尾倾 Trimbystern 俗称尾沉 需要注意的是 有些国家 如日本 德国等 习惯将吃水差定义为t dA一dF 以避免船舶在航行中通常处于尾倾状态的吃水差出现负值 二 吃水差对船舶的影响吃水差主要影响船舶的操纵性 快速性和耐波性 对于船舶稳性 船体纵向受力状况 通过浅水区时允许的船舶最大排水量及部分港口使费的支出等也有影响 船舶吃水差的大小直接影响螺旋桨和舵的人水深度 对操纵性和航速有直接的影响 船舶尾倾过大 会使操纵性能变差 易偏离航向 船首部底板易受波浪拍击而导致损坏 同时还不利于驾驶台的的缭望 船舶首倾过大 因螺旋桨和舵的人水深度减小 从而导致航速降低 航向稳定性变差 首部甲板易上浪 而且船舶纵摇时 螺旋桨和舵叶易露出水面 主机负荷不均匀 造成飞车 影响主机的正常运转 三 对船舶吃水及吃水差的要求1 吃水差产生的原因吃水差是船舶纵倾的一种表现 船舶之所以发生纵倾 是因为正浮时船舶受到一纵倾力矩 MomenttoChangeTrim 作用 而纵倾力矩是由于船舶重力纵向分布作用点与正浮时的浮力作用点不在同一条垂线而产生的 如图所示 当船舶的重心G1与正浮状态下浮力作用点B0不在同一条与基线相垂直的垂线上时 船舶的平衡条件就会遭到破坏 此时 重力和浮力构成一个力偶矩 纵倾力矩 使船舶绕漂心的纵倾轴转动 从而产生纵倾角 同时 纵倾角的出现将使水下船体形状发生变化 浮心由B0移至B1 当B1与G1在一条与新水线相垂直的垂线上时 则船舶达到新的平衡 于是产生了吃水差 2 对船舶吃水差的要求船舶航行中适当的尾倾值应根据具体船舶的不同装载状态确定 实践经验表明 万吨级货船适度吃水差为 满载时尾倾0 3 0 5m 半载时尾倾0 6 0 8m 空载时尾倾0 9 1 9m 对于速度较高的船舶 出港前静态时允许稍有首倾 航行时由于舷外水的压强相对降低 可使船舶处于一定尾倾 大吨位船舶满载进出港口或通过浅水区时因水深限制而要求平吃水 以免搁浅 并有利于多装货物 船舶空载时的吃水差要求 一般都以螺旋桨具有足够的浸水深度为前提 因此 空船时船舶须具有较大的尾倾值 以保证螺旋桨的推进效率和舵的反应效率 由于船舶纵倾 或吃水差 状态不同 其水线下流线型船体形状会有明显的差别 从而直接影响船舶的阻力 稳性和船体受力等 因此 船舶在一定船速和排水量状态下 通过不断调整船舶纵倾 就必然能找到船舶的最佳纵倾状态 在该状态下 兼顾满足船舶稳性和纵强度要求的条件下船舶所受的阻力最小 或同样主机功率下船速最快 目前 不少船舶的资料中已提供有经船模试验后绘制的船帕最佳纵倾曲线图谱 3 空船航行的吃水要求船舶在空载时 为了节约能源总力图减少压载重量 但考虑到过小吃水会影响船舶的稳性 不利于安全航行 故空载航行的船舶必须进行合理压载 一般认为 空载船舶压载航行时 至少应达到夏季满载吃水的50 以上 冬季航行时因风浪较大 应使其达到夏季满载吃水的55 60 近年来 国际上已研究出在营运条件下允许的最小首吃水及最小平均吃水的要求 上海船舶运输研究所在分析了IMO浮态衡准后 建议我国远洋航行船舶的最小首吃水dFmin及最小平均吃水dMmin应满足以下要求 1 当LBP 150m时 dFmin 0 025LBPdMmin 0 02LBP 2 2 当LBP 150m时 dFmin 0 012LBP 2dMmin 0 02LBP 2式中 LBP 船舶垂线间长 m 应该指出 对于专用船舶 如液体散货船 固体散货船 集装箱船等 其压载能力一般都能满足上述最小吃水要求 对于万吨级货船 因其空船排水量约占夏季满载排水量的25 35 故为保证船舶吃水要求得到满足 全船压载水及航次储备总和应达到夏季满载排水量的25 左右方可 对于5000 7000吨级的远洋尾机型船 因压载舱容量偏小 有时难以达到要求 工作中如果发现船舶状态偏离衡准值过大 则应引起警惕 谨慎驾驶 第二节吃水差及首尾吃水计算 一 吃水差计算原理若改变每厘米吃水差的船舶纵向复原力矩为MTC 则按复原力矩 100 t MTC 等于倾侧力矩 MT 即能求得船舶吃水差的计算公式 100 t MTC MT 二 吃水差与首尾吃水的基本计算方法 三 适合少量载荷变动时吃水差与首尾吃水的计算方法P70和P71公式四 吃水差的调整如果在计划装载或实际装载中发现船舶的吃水差不符合要求时 就必须进行调整 调整方法有以下两种 1 货物纵向移动 2 选择适当舱位加减载荷营运船舶经常通过选择合适舱位打入或排出压载水的方法来调整吃水差 一般其调整量多数在少量载荷范围内与式 5 18 基本相同 先设将加减的载荷重心置于过漂心轴上的任一位置 此时船舶的吃水差保待不变 然后再从该位置将载荷移至其实际装载处 五 保证适当吃水差的经验方法为了在确定全船各舱配货重量时就能兼顾到满足适当吃水差的要求 减少装货完毕后需要大幅度调整吃水差的情况出现 广大船员在实践中总结出了不少经验 归纳如下 1 按经验得出的各舱配货重量的合适比例配货 各舱配货重量占全船装货总重量的合适比例 随船舶的机舱位置 货舱和液体舱的大小及布置等的不同而变化 对于同一船舶 其合适比例也随船舶排水量的不同而变化 即使对于同一船舶在相同排水量下 兼顾纵强度要求的保证适当吃水差的各舱配货重量合适比例也有多种方案可以通过计算或由长期积累的船舶积载数据获得 2 按舱容比例配货 但首尾舱内留出一定量的机动货载供临装货结束前作调整吃水差之用 通常选择对船舶吃水差调整效果明显的首尾货舱留出机动货载 由于需要兼顾满足其他要求 因此在首尾舱条件不具备时 也可以选择远离船中的其他货舱留出机动货载供吃水差调整之用 对动机货载一般要求同时满足 1 货载重量既应控制在船舶纵强度的容许范围内 又能满足调整吃水差的要求 通常取船舶夏季满载排水量的1 2 左右 2 所选货载应当与拟定调整舱室内的货物相容 第三节吃水差图表及应用 用公式一计算吃水差比较麻烦 实际工作中 为简化计算 船舶资料中常配备不同形式的计算图表 以方便驾驶员使用 但无论何种形式的图表 其设计原理都相同 作业 1 计划向船长150m的船上装载150t货物 已知船舶漂心在中后4 6m处 TPC 24 8t cm MTC 9 81 209KN m cm 并设这些数据在装载后不变 试求 货物装载在漂心前40m处时 船舶前后吃水各变化多少 为使尾吃水不变 该货物应装在离漂心几米处 2 某轮装货到dF 7 2m dA 8 2m 尚留有200t货物拟装在NO1和NO5舱 问两舱应各装多少吨才能使吃水差为 0 7m 已知dm 7 7m时 查得MTC 9 81 200KN M cm Xf 0 且NO1和NO5舱舱容中心距中距离为X1 50m X5 50m 3 Q轮空船吃水为dF 2 4m dA 3 6m 为进坞修理 允许的最大尾吃水值为3 40m 为此应在首尖舱打入多少吨压载水方能达到目的 令Xf 1 0m TPC 20t cm MTC 9 81 130kn m cm 4 Q轮装货结束前观测首吃水dF 8 1m dA 7 6m尚有150t货拟装于NO5二层舱 Xp 55 55m 问货物全部装船后能否尾倾 5 某轮船长158m满载矿石抵达长江口外的绿华山驳载锚地 当时船舶排水量为35000t dF 9 70m dA 10 08m 决定驳载后于次日乘中浚高潮过铜沙浅滩进口 已知次日中浚高潮潮高为3 15m 铜沙浅滩基准水深为7 00m 过浅滩时要求富裕水深为0 70m 铜沙浅滩处海水比重为1 010 绿华山锚地海水比重为1 025 MTC 9 81 400Kn m cm Xf 5 0m 今欲在NO2舱 重心距中40m 和NO6舱 重心距中 45m 开舱驳卸 问各舱应驳卸多少吨方可调平吃水安全通过浅滩 设TPC 45t cm 6 某轮抵某港锚地时 满载吃水为dF 8 50m dA 9 50m 该港允许最大吃水为8 00m 已知该轮此时的Xf 1 70m MTC 230 9 81Kn m cm TPC 26t cm Lbp 140m 问至少在NO2货舱 X2 31m 和NO4货舱 X4 11m 处各驳多少吨货 方能达到8 00m平吃水进港 7 某轮满载到达某锚地 dF 8 30m dA 9 10m此时MTC 9 81 223 5Kn m cm TPC 25 5t cm Xf 5 4m 欲调平吃水进港 问应在中后55m处驳卸多少吨 驳卸后平均吃水为多少 Lbp 148m 8 某轮满载排水量为19000t船长160m 经计算得垂向总力矩为146300 9 81KN m 纵向总力矩中前为23200 9 81KN m